稀土上转换纳米颗粒对间充质干细胞命运的调控

Rare earth doped upconversion nanoparticles (UCNPs) have attracted increasing attention in bioimaging and photodynamic therapy (PDT) because of their unique chemical and optical features, including low autofluorescence backgrounds, high signal to noise ratio (SNR), deep penetration depth under near-infrared (NIR) radiation, resistance to photobleaching, and low toxicity. Currently, the biocompatibility studies of UCNPs mainly focused on influence of targeted cancer cells and there still lack , studies of the potential effects on normal cells. Herein, we intend to study the effects of UCNPs on mesenchymal stem cell (MSC), which is a class of pluripotent adult stem cells and play an important role in the treatment of diseases, tissue repair and normal physiological function. The applicant will employ fluorescence imaging, staining, protein assay, genetic technique to study the distribution of UCNPs in MSC and analyze the impact of physicochemical property on cell proliferation, osteogenic, cartilage, adipogenic differentiation and other cell functions. Further study will focus on the interaction and related signal path at subcellular, protein, gene level, define the mechanism about the regulation of UCNPs on MSC. This research will play a solid foundation for the construction and clinical application of biomedical UCNPs system.

稀土上转换纳米颗粒（UCNPs）具有优异的光学和化学稳定性、较高的灵敏度和信噪比、以及近红外激发光的组织穿透深度强、零背景荧光干扰和组织损伤等优点，在医疗诊断方面发挥着日益重要的作用。目前UCNPs的细胞相容性和活性的研究仅局限于癌细胞，而对正常细胞行为影响的研究较少，有待进一步深入。间充质干细胞（MSCs）是一类具有多向分化潜能的成体干细胞，在治疗疾病、组织修复和正常生理功能方面发挥着重要作用。本申请项目拟研究不同成分、尺寸、表面配体和浓度的UCNPs对MSCs的影响，通过荧光成像、染色、蛋白检测、基因分析等相关技术，观察UCNPs在MSCs中的分布，分析UCNPs的理化性质对MSCs细胞增殖、多向分化等细胞行为的影响规律，研究其在亚细胞、蛋白和基因水平上的活动及相关的信号通路，明确UCNPs对MSCs命运调控的机理，对生物医用UCNPs的构建及其临床应用具有重要理论意义和实际价值。

稀土上转换纳米颗粒（UCNPs）具有优异的光学和化学稳定性、较高的灵敏度和信噪比、以及近红外激发光的组织穿透深度强、零背景荧光干扰和组织损伤等优点，在医疗诊断方面发挥着日益重要的作用。间充质干细胞是一类具有多向分化潜能的成体干细胞，在治疗疾病、组织修复和正常生理功能方面发挥着重要作用。本项目研究了UCNPs (NaYF4:Yb3+/Er3+) 对大鼠间充质干细胞（BMSCs）的行为的影响具有浓度依赖性。以不同尺寸的NaGdF4:Yb3+/Er3+为对象，从细胞、蛋白和基因方面证实了UCNPs对BMSCs的增殖、成骨和成脂分化等方面的影响具有尺寸依赖性。为进一步研究UCNPs对干细胞命运调控机理，稀土离子与BMSCs共培养结果证实其对增殖、成骨和成脂分化具有重要的影响并且具有浓度依赖性。为探究UCNPs对干细胞命运调控的信号通路，我们在具有生物相容性的金属钛植入体表面负载传统的成骨诱导因子地塞米松，并研究复合材料对BMSCs成骨分化命运的调控。同时我们制备多重光致发光、电化学性能优良的纳米复合材料，增强传输的电子信号，实现光致电化学和多支杂交链信号放大技术实现了microRNA高灵敏的检测。通过本项目中的研究，对生物医学材料的构建及其临床应用具有重要理论意义和实际价值。